DE10006634C1

DE10006634C1 - Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke

Info

Publication number: DE10006634C1
Application number: DE2000106634
Authority: DE
Inventors: Uwe Borgmann; Holger Lettmann; Christian Meier
Original assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Current assignee: Leopold Kostal GmbH and Co KG
Priority date: 2000-02-14
Filing date: 2000-02-14
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2020-02-15

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke umfaßt folgende Schritte: DOLLAR A Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes einer auf das photosensitive Element 4 gerichteten Lichtquelle 3 in Offenstellung einer Blende, DOLLAR A Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photosensitive Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes der auf das photosensitive Element 4 gerichteten Lichtquelle 3 in Geschlossenstellung der Blende, DOLLAR A Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes, DOLLAR A Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schaltschwellwertes bei einer Bewegung der Blende und DOLLAR A wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element 4 der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossenstellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenigstens einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeittakt. DOLLAR A Eine Lichtschrankenanordnung mit zumindest einem Kanal, bestehend aus einer Lichtquelle 3, einem von dieser bestrahlten photosensitiven Element 4, wobei im Strahlengang zwischen der Lichtquelle 3 und dem photosensitiven Element 4 eine Blendeneinrichtung beweglich geführt ist, und einer Auswerteeinheit 5 zum Generieren eines Schaltsignals, wenn die das photosensitive Element 4 belichtete Beleuchtungsstärke einen vordefinierten ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke.

Lichtschranken, ausgebildet als Gabel- oder Reflexlichtschranken werden, beispielsweise bei Weg- und Winkelmeßeinrichtungen zur automatischen Positionierung und Messung in Werkzeugmaschinen und Koordinaten meßgeräten eingesetzt. Als Winkelmeßeinrichtungen ausgebildet dienen Gabellichtschranken beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich zum Be stimmen der absoluten Winkelstellung des Lenkrades und werden daher auch als Lenkwinkelsensoren bezeichnet. Der Lenkwinkel wird bei Kraft fahrzeugen benötigt, um mit diesem Wert etwa ein Fahrdynamikregelsy stem beaufschlagen zu können. Ein solches Fahrdynamikregelsystem erhält neben dem genannten Lenkwinkelwerten weitere Meßdaten, etwa die Raddrehzahl oder die Drehung des Kraftfahrzeuges um seine Hoch achse. Benötigt werden zum einen der absolute Lenkwinkeleinschlag und zum anderen die Lenkgeschwindigkeit, damit diese Werte zusammen mit den anderen erfaßten Daten durch das Fahrdynamikregelsystem ausge wertet und zum Steuern von Aktoren, beispielsweise der Bremsen und/oder des Motormanagements umgesetzt werden können.

Eine solche als Lenkwinkelsensor eingesetzte Gabellichtschrankenanord nung ist beispielsweise aus der DE 43 00 663 C1 bekannt. Bei dieser Ga bellichtschranke sind mehrere als einzelne Lichtschranken ausgebildete optische Kanäle vorgesehen, die jeweils aus einem Sender und einem Empfänger bestehen. Als Sender dient eine Leuchtdiode durch deren emittierte Lichtstrahlen die photosensitive Oberfläche eines optoelektroni schen Wandlerelementes belichtet wird. Zwischen dem Sender und dem Empfänger ist eine Blendeneinrichtung mit mehreren Blendenabschnitten beweglich angeordnet. Die Blendenanordnung ist an die Drehbewegung des Lenkrades gekoppelt. Dem photosensitven Wandlerelement nachge schaltet ist ein Schmitt-Trigger mit einem vordefinierten Schaltschwellwert, bei dessen Überschreitung ausgangsseitig am Schmitt-Trigger ein Steuer signal anliegt. Dieses Steuersignal beaufschlagt einen Controller, bei spielsweise einen Mikrocontroller. Durch Einsatz des Schmitt-Triggers mit seinem vordefinierten Schaltschwellwert erfolgt eine digitalisierte Abta stung der Blendeneinrichtung, so daß der Mikrocontroller durch ein Steu ersignal beaufschlagt ist, wenn das Wandlerelement von einem solchen Lichtstrom beaufschlagt ist, daß der vordefinierte Schaltschwellwert über schritten ist. Wird das Wandlerelement mit einer geringeren Beleuch tungsstärke belichtet, liegt am Mikrocontroller dementsprechend kein Steuersignal an.

Beim Gegenstand des genannten Dokumentes sind die Elemente der Lichtschrankeneinheiten auf einer kreisförmigen Leiterplatte angeordnet. In einer Weiterbildung eines solchen Lenkwinkelsensors ist die Codierung der Blendeneinrichtung in sich über 360° wiederholende Segmente un terteilt, so daß die Lichtschrankenanordnung sich lediglich über den Be reich eines Kreissegmentes erstrecken muß.

Bei derartigen als Lenkwinkelsensoren eingesetzten Gabellichtschran kenanordnungen sind die optoelektronischen Wandlerelemente jedoch nicht zwingend ausschließlich durch die von den Leuchtdioden emittierten Lichtstrahlen belichtet. Durch Reflexe können diese mitunter auch von umgebungsbedingten Einflüssen zusätzlich belichtet sein, was zu Fehlern bei der Auswertung der erfaßten Winkelstellung führen kann. Ferner kann es vorkommen, daß der von den Leuchtdioden emittierte Lichtstrom, bei spielsweise in Form einer Verschmutzung nachläßt, so daß möglicherwei se die Beleuchtungsstärke nicht mehr ausreicht, um den Schaltschwell wert zur Bereitstellung eines Steuersignales zu überschreiten.

Ausgehend von diesem diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Licht schranke, insbesondere für einen Einsatz als Lenkwinkelsensor bereitzu stellen, mit dem ein Betrieb einer solchen Lichtschranke im wesentlichen unabhängig von äußeren Einflüssen durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit fol genden Schritten:
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photosensiti ves Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes einer auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photosensiti ve Element der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstromes der auf das photosensitive Element gerichteten Lichtquelle in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der mi nimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schalt schwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuch tungsstärke des ein photosensitives Element der Lichtschranke bestrah lenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossenstellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenigsten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeittakt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Definition eines Schaltschwellwertes in Abhängigkeit von den tatsächlichen Beleuchtungs verhältnissen, da in die Definition eines Schaltschwellwertes sowohl die maximale als auch die minimale Beleuchtungsstärke, mit der ein photo sensitives Wandlerelement belichtet ist, eingehen. Eine solche Definition eines Schaltschwellwertes kann zweckmäßigerweise auf prozentualer Ba sis erfolgen, so daß unabhängig von den absoluten Beleuchtungsstärken der eigentliche Schaltschwellwert konstant bleibt. Ändernde Umgebungs einflüsse, die zu einer Erhöhung der maximalen oder minimalen oder auch zu einer Erniedrigung der maximalen oder minimalen Beleuchtungsstärke führen, werden auf diese Weise eliminiert, so daß in jedem Fall die durch eine Bewegung der Blendeneinrichtung erzeugte, auf der photosensitiven Oberfläche des Wandlerelementes auftreffende Lichtstrommenge verant wortlich für die Generierung eines Steuersignales ist. Wiederholtes Erfas sen der maximalen und minimalen, auf ein Wandlerelement auftreffenden Beleuchtungsstärke und entsprechendes Neudefinieren des oder der Schaltschwellwerte in einem vorgegebenen Zeittakt gewährleistet, daß der vorgegebene Schwellwert tatsächlich an die sich ändernden Umgebungs bedingungen angepaßt ist. Einer solchen Lichtschranke, etwa einer Ga bellichtschranke ist ein Controller, beispielsweise einem Mikrocontroller zugeordnet, dessen Eingang durch das Ausgangssignal des photosensiti ven Wandlerelementes beaufschlagt ist und zwar ohne Zwischenschal tung eines Schmitt-Triggers. Der Controller ist somit von dem analogen Ausgangssignal des Wandlerelementes beaufschlagt. Dem Controller ist ferner ein Speicher zugeordnet, in dem in Abhängigkeit der jeweils erfaß ten maximalen und minimalen Beleuchtungsstärke ein vordefinierter Schaltschwellwert hinterlegt ist.

Mit einem solchen Verfahren kann auch das Auflösungsvermögen vorbe kannter Systeme erhöht werden, ohne daß zu diesem Zweck höhere An forderungen an die eingesetzte Hardware zu stellen wären. Ausgenutzt wird bei dem Verfahren die Breite des von einer Lichtquelle, beispielswei se einer Leuchtdiode bereitgestellten Lichtstrahles bzw. die Breite der photosensitven Oberfläche eines Wandlerelementes. Durch diese Breite vollzieht sich ein "allmählicher" Übergang von der einen in die andere Blendenstellung. Definiert werden können in Abhängigkeit von der maxi malen und der minimalen Beleuchtungsstärke, mit der ein Wandlerele ment belichtet ist, mehrere Schaltschwellwerte, so daß ein Steuersignal an unterschiedlichen Punkten des Hell-Dunkel-Übergangs generiert wer den können. Eine Unterteilung des Hell-Dunkel-Übergangs kann etwa in zwei oder mehr Schaltschwellwerte unterteilt sein, so daß beispielsweise ein Steuersignal generiert werden kann, wenn das Wandlerelement mit 20 %, 50% oder 80% der maximalen Beleuchtungsstärke belichtet ist. Die Anforderungen an die Anordnung von Sender und Empfänger zueinander brauchen bei einer solchen Lichtschrankenanordnung nicht besonders hoch zu sein, da gerade die Unschärfe im Übergang von der minimalen zur maximalen Beleuchtungsstärke den Raum für die Definition mehrerer Schaltschwellwerte bereitstellt. Entsprechend kann eine solche Licht schrankenanordnung bewußt solche Merkmale aufweisen, die einen un scharfen Übergang von der minimalen in die maximale Beleuchtungsstär ke ermöglichen.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung sind Bestandteil übri ger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung eines Aus führungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:

Fig. 1: Eine dreidimensionale Ansicht eines als Lichtschrankenan ordnung ausgebildeten Lenkwinkelsensors,

Fig. 2: Ein Blockschaltbild einer Lichtschrankeneinheit der Fig. 1 und

Fig. 3: Ein Diagramm darstellend die Schaltschwellwerte von zwei Kanälen der Lichtschrankenanordnung der Fig. 1.

Eine Gabellichtschrankenanordnung 1 für einen Lenkwinkelsensor umfaßt mehrere einzelne Lichtschrankeneinheiten L, die jeweils aus einem Sen der und einem Empfänger bestehen. Als Sender dienen Leuchtdioden, die unter Belassung eines Bewegungsspaltes 2 von den als optoelektronische Wandlerelemente ausgebildeten Empfängern beabstandet sind. In dem Bewegungsspalt 2 greift ein Blendenring mit einer Segmentcodierung ein. Der Blendenring ist der Übersicht halber in Fig. 1 nicht dargestellt.

Eine solche Lichtschrankeneinheit L ist in Fig. 2 durch ein Blockschaltbild wiedergegeben und zeigt als Lichtquelle eine Leuchtdiode 3 und als Empfänger ein optoelektronisches Wandlerelement 4. Der Ausgang des optoelektronischen Wandlerelementes 4 ist an den Eingang eines Mikro prozessors 5 unmittelbar angeschlossen. Teil des Mikrocontrollers 5 oder diesem zugeordnet ist ein Speicherglied 6, in dem vordefinierte Schalt schwellwerte hinterlegt sind, mit denen die eingangsseitig am Mikrocon troller 5 anliegenden Signale des Wandlerelementes 4 verglichen werden.

Zum Betreiben dieser Lichtschrankeneinheit wird zunächst die maximale Beleuchtungsstärke erfaßt, durch die bei geöffneter Blende die photosen sitive Oberfläche des Elementes 4 belichtet ist. Anschließend erfolgt eine Erfassung der minimalen Beleuchtungsstärke. Selbstverständlich können die Schritte auch in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden. Unter Zugrundelegung von vordefinierten Schaltschwellwerten, beispielsweise 20%, 50% und 80% werden aus den ermittelten Beleuchtungsstärken Schaltschwellwerte definiert, die anschließend in dem Speicherglied 6 ab gelegt werden. Bei einer Bewegung der Blendeneinrichtung in dem Be wegungsspalt 2 wird von dem Mikrocontroller 5 jedes Mal ein Steuersignal generiert, wenn ein Schaltschwellwert überschritten ist. Dieses Über schreiten kann sowohl von einer tieferen zu einer höheren Beleuchtungs stärke als auch umgekehrt vorgesehen sein. Auf diese Weise ist die Be wegung der Blendeneinrichtung von einem Blendensegment zu einem nächsten in drei Zwischenschritte unterteilt, so daß das Auflösungsvermö gen gegenüber vorbekannten Einrichtungen entsprechend erhöht ist. Überdies erfolgt durch ein wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke und entsprechend häufiges Neudefinieren der Schaltschwellwerte eine kontinuierliche Anpassung an sich ändernde Umgebungseinflüsse.

Die einzelnen Kanäle der Lichtschrankenanordnung 1 sind dergestalt auf einander abgestimmt, daß die photosensitiven Elemente der unterschied lichen Empfänger codierungsabhängig zeitungleich mit der maximalen Beleuchtungsstärke belichtet werden, wie dies in dem Diagramm der Fig. 3 dargestellt ist. Das Auflösungsvermögen der Lichtschrankenanordnung 1 der Fig. 1 beträgt durch die Definition von jeweils drei Schaltschwell werten in jedem Kanal ca. 0,5°.

Aus der Beschreibung der Erfindung wird deutlich, daß mit dem bean spruchten Verfahren eine Lichtschranke nicht nur sich ändernde Umge bungseinflüsse anpassend und somit selbst lernend betreibbar ist, son dern mit dem zudem das Auflösungsvermögen bei einer Definition mehre rer Schaltschwellwerte möglich ist.

Zusammenstellung der Bezugszeichen

1

Gabellichtschrankenanordnung

2

Bewegungsspalt

3

Leuchtdiode

4

Wandlerelement

5

Mikrocontroller

6

Speicherglied
L Lichtschrankeneinheit

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Lichtschranke, umfassend folgende Schritte:
Erfassen der maximalen Beleuchtungsstärke des ein photo sensitives Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes einer auf das photosensitive Element (4) gerichteten Licht quelle (3) in Offenstellung einer Blende,
Erfassen der minimalen Beleuchtungsstärke des das photo sensitive Element (4) der Lichtschranke bestrahlenden Lichtstro mes der auf das photosensitive Element (4) gerichteten Lichtquelle (3) in Geschlossenstellung der Blende,
Definieren wenigstens eines zwischen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke liegenden Schaltschwellwertes,
Generieren eines Steuersignals bei Überschreitung des Schaltschwellwertes bei einer Bewegung der Blende und
wiederholtes Erfassen der maximalen und der minimalen Beleuchtungsstärke des ein photosensitives Element (4) der Licht schranke bestrahlenden Lichtstromes in Offen- und Geschlossen stellung der Blende und entsprechendes Neudefinieren des wenig sten einen Schaltschwellwertes gemäß einem vorgegebenen Zeit takt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß par allel zueinander mehrere Lichtschranken als Lichtschrankenein heiten (L) zur Darstellung unterschiedlicher Kanäle einer Licht schrankenanordnung (1) betrieben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die photosensitiven Elemente (4) der unterschiedlichen Kanäle zeitun gleich mit der maximalen Beleuchtungsstärke belichtet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen der maximalen und der minimalen Be leuchtungsstärke zwei oder mehr Schaltschwellwerte definiert wer den, wobei bei Überschreiten jedes Schaltschwellwertes ein Steu ersignal generiert wird.